Электромагнитная совместимость.-2

241

сопряженных шин.

Сечение РЕ-шины в вводных устройствах (ВУ, ВРУ) электроустановок зданий и соответственно ГЗШ принимаются по ГОСТ Р 51321.1–2000 (таблица 1.33).

Таблица 1.33 – Сечение PE-шин

Если ГЗШ установлены отдельно и к ним не подключаются нулевые защитные проводники установки, в том числе РЕN- (РЕ) проводники питающей линии, то сечение (эквивалентная проводимость) каждой из отдельно установленных ГЗШ принимается равным половине сечений РЕ-шины наибольшей из всех РЕ-шин, но не менее меньшего из сечений РЕ-шин вводных устройств. Площади поперечного сечения (табл. 3.1) приведены для случая, когда защитные проводники изготовлены из того же материала, что и фазные. Защитные проводники, изготовленные из других материалов, должны иметь эквивалентную проводимость. РЕ-шина НКУ должна проверяться по нагреву по максимальному значению рабочего тока в РЕN-проводнике (например, в неполнофазных режимах, возникающих при перегорании предохранителей, при наличии третьей гармоники и т.д.). Для ГЗШ, не являющейся РЕ-шиной НКУ, такая проверка не требуется.

Сечение главных проводников основной системы уравнивания потенциалов должно быть не менее 6 мм2 по меди, 16 мм2 по алюминию и 50 мм2 по стали. Это условие распространяется и на заземляющие проводники, соединяющие ГЗШ с заземлителями защитного заземления и/или рабочего (функционального) заземления (при их наличии), а также с естественными заземлителями.

Сечения проводников основной системы уравнивания потенциалов, используемых для присоединения к ГЗШ металлических труб коммуникаций,

242

имеющих дополнительную металлическую связь с нейтралью трансформатора и через которые возможно протекание токов короткого замыкания (например, трубопроводы отдельно стоящих насосных, которые питаются от тех же трансформаторов, что и вводы в здание), должны выбираться по термической стойкости.

Присоединение к заземлителю молниезащиты заземляющих проводников основной системы уравнивания потенциалов и заземляющих проводников от естественных заземлителей (при использовании естественных заземлителей в качестве заземлителей системы молниезащиты) должно производиться в разных местах. Если имеется специальный контур заземления молниезащиты, к

которому подключены молниеотводы, то такой контур также должен подключаться к ГЗШ.

При наличии в здании нескольких электрических вводов трубопроводные системы и заземлители рекомендуется подключать к ГЗШ основного ввода. Соединения сторонних проводящих частей с ГЗШ могут выполняться: по радиальной схеме, по магистральной схеме с помощью ответвлений, по смешанной схеме. Трубопроводы одной системы, например, прямая и обратная труба центрального отопления, не требуют выполнения отдельных присоединений. Достаточно иметь одно ответвление от магистрали или одну радиальную линию, а прямую и обратную трубу достаточно соединить перемычкой сечением, равным сечению проводника системы уравнивания потенциалов.

Для проведения измерений сопротивления растекания заземляющего устройства на ГЗШ должно быть предусмотрено разборное соединение заземляющего проводника, подключаемого к заземляющему устройству. В

качестве проводников основной системы уравнивания потенциалов в первую очередь следует использовать открыто проложенные неизолированные проводники.

Ввод защитных проводников в НКУ класса защиты 2 следует выполнять изолированными проводниками, т.к. РЕ-шина в них выполняется

243

изолированной. Отдельно устанавливаемые ГЗШ рекомендуется выполнять из стали. В низковольтных комплектных устройствах РЕ-шина, как правило, выполняется медной (допускается выполнять из стали, использование алюминия не допускается). Стальные шины должны иметь металлическое покрытие, обеспечивающее выполнение требований для разборных контактных соединений класса 2. При использовании разных материалов для ГЗШ и для проводников системы уравнивания потенциалов необходимо принять меры по обеспечению надежного электрического соединения.

В местах, доступных только квалифицированному электротехническому персоналу, ГЗШ может устанавливаться открыто. В местах, доступных неквалифицированному персоналу, ГЗШ должна иметь защитную оболочку. Степень защиты оболочки выбирается по условиям окружающей среды, но не ниже IР21.

Главная заземляющая шина на обоих концах должна быть обозначена продольными или поперечными полосами желто-зеленого цвета одинаковой ширины. Изолированные проводники уравнивания потенциалов должны иметь изоляцию, обозначенную желто-зелеными полосами. Неизолированные проводники основной системы уравнивания потенциалов в местах их присоединения к сторонним проводящим частям должны быть обозначены желто-зелеными полосами, например, выполненными краской или клейкой двухцветной лентой. Указания по выполнению основной системы уравнивания потенциалов на вводе в здания должны быть предусмотрены в проектной документации на электроустановку здания.

1.15.2Нормативные документы

Международной Электротехнической Комиссией (МЭК) разработаны стандарты, в которых изложены принципы защиты зданий и сооружений любого назначения от перенапряжений, позволяющие грамотно проектировать строительные конструкции и системы молниезащиты объекта, рационально размещать оборудование и прокладывать коммуникации. К ним относятся

244

следующие стандарты:

• IEC-61024-1 (1990-04): "Молниезащита строительных конструкций. Часть 1. Основные принципы".

• IEC-61024-1-1 (1993-09): "Молниезащита строительных конструкций. Часть 1. Основные принципы. Руководство А: Выбор уровней защиты для молниезащитных систем".

• IEC-61312-1 (1995-05): "Защита от электромагнитного импульса молнии. Часть 1. Основные принципы".

ВРоссии на сегодняшний день взамен РД 34.21.122-87 "Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений" утверждена и внесена в реестр действующих в электроэнергетике документов "Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций" СО-153-34.21.122-2003 (утверждена приказом Минэнерго России от 30.06.2004 г. №280). В основе новой инструкции – перечисленные выше стандарты МЭК, однако в нее не вошел ряд требований, в том числе к системам молниезащиты взрывоопасных объектов. Принято решение о постепенном издании методических рекомендаций по вопросам, не рассмотренным в настоящей инструкции, в частности, по выбору схем и типов устройств защиты от импульсных перенапряжений для каждой конкретной электроустановки. В следствии этого Госэнергонадзором рекомендовано одновременно пользоваться как этим документом, так и старым РД 34.21.12287.

1.15.3Зонная концепция молниезащиты

Упомянутые в предыдущем разделе стандарты формируют зонную

концепцию молниезащиты, основные принципы которой:

применение строительных конструкций с металлическими элементами (арматурой, каркасами, несущими элементами и т.п.), электрически связанными между собой и с системой заземления и образующими

245

экранирующую среду для уменьшения воздействия внешних электромагнитных влияний внутри объекта («клетка Фарадея»);

наличие правильно выполненной системы заземления и уравнивания потенциалов;

деление объекта на условные защитные зоны и применение специальных устройств защиты от перенапряжений;

соблюдение правил размещения защищаемого оборудования и подключенных к нему проводников относительно другого оборудования и проводников, способных оказывать опасное воздействие или вызывать наводки.

1.15.3.1Зоны молниезащиты

Наиболее сложная схема системы защиты должна выстраиваться для объектов, которые находятся на открытой местности и имеют в своем составе высокорасположенные элементы конструкции (промышленные здания с высокими трубами, антенно-мачтовые сооружения и т.п.), а также объекты, имеющие воздушные вводы электропитания. Их с большой степенью вероятности может поразить молния. Проще решается вопрос при защите зданий, расположенных в населенных пунктах. В городских условиях ПУМ наиболее вероятен в высотные конструкции промышленных предприятий,

ЛЭП, телевизионную вышку или в отдельные наиболее высокие здания.

На объекты токи молний воздействуют прямым или косвенным способом. Чаще проявляются вторичные воздействия: от ударов молнии в удаленные объекты (ЛЭП, подстанции и т.п.), связанные коммуникациями с защищаемым объектом, или от межоблачных разрядов, наводящих импульсные токи в металлических элементах конструкций и коммуникациях.

Железобетонные конструкции зданий, выполняющие функцию естественного заземляющего устройства и имеющие электрическое соединение с системой выравнивания потенциалов, достаточно хорошо экранируют находящееся внутри оборудование от электромагнитных воздействий (клеть

246

Фарадея, рисунок 1.99а), отводя на землю большую часть тока молнии при прямом попадании в объект (рисунок 1.99б).

Стандарт IEC 61312-1 определяет зоны молниезащиты с точки зрения прямого и непрямого воздействия молнии:

зона 0А – зона внешней среды объекта, все точки которой могут подвергаться ПУМ (иметь непосредственный контакт с каналом молнии) и воздействию возникающего при этом электромагнитного поля;

зона 0В – зона внешней среды объекта, все точки которой не подвергаются воздействию ПУМ, так как находятся в пространстве, защищенном системой внешней молниезащиты. Однако в данной зоне имеется воздействие неослабленного электромагнитного поля;

зона 1 – внутренняя зона объекта, точки которой не подвергаются воздействию прямого удара молнии. В этой зоне токи во всех токопроводящих частях имеют значительно меньшее значение по сравнению с зонами 0А и 0В. Электромагнитное поле также снижено за счет экранирующих свойств строительных конструкций;

зона 2 и т.д.

Рисунок 1.99 – Прямой удар молнии: клетка Фарадея (а) и растекание токов по металлоконструкциям (б)

Дальнейшее снижение разрядных токов и/или электромагнитных полей в местах размещения чувствительного оборудования требует проектирования

248

1.15.3.2Требования стандартов МЭК к устройствам защиты

от импульсных перенапряжений

Для гарантированной защиты объекта от перенапряжений, возникающих при стекании токов молнии на заземляющее устройство или при "приходе" волны перенапряжения по питающей сети (в случае далекого удара молнии), зоновой концепцией защиты предусмотрена трехступенчатая схема включения защитных устройств. Основные классы УЗИП для низковольтных электрических сетей, методики их испытаний и принципы применения приведены в следующих стандартах МЭК:

IEC 61643-1 (1998): "Устройства защиты от импульсных перенапряжений для низковольтных систем распределения электроэнергии. Часть 11. Требования к эксплуатационным характеристикам и методы испытаний" (введен в действие в виде ГОСТ Р 51992-2002 (МЭК 61643-1-98));

IEC 61643-12 (2002): "Устройства защиты от импульсных

перенапряжений для низковольтных систем распределения электроэнергии. Часть 12. Выбор и принципы применения".

Согласно этим документам устройства защиты от импульсных перенапряжений в зависимости от места установки и способности пропускать через себя различные импульсные токи делятся на классы I, II и III (или В, С и

D в немецком стандарте E DIN VDE 0675-6 (1989-11)). Основные требования к УЗИП разных классов приведены в таблице 1.34.

Тип применяемых УЗИП и схема их установки выбираются исходя из оценки риска ПУМ или наводок от удаленного разряда. На выбор защиты от грозовых перенапряжений влияют:

Интенсивность ударов молнии в данном месте Ng (среднее годовое количество ударов молнии на 1 км2 за год).

Оценка уязвимости самой установки (например, подземные системы электропитания считаются менее уязвимыми, чем воздушные).

249

Стоимость оборудования, подключенного к защищаемой электроустановке (данный фактор может стать важным критерием для усложнения или упрощения схемы защиты).

Таблица 1.34 – Основные требования к УЗИП разных классов

1.15.3.3Требования ГОСТ к устройствам защиты

от импульсных перенапряжений

Согласно определению, приведенному в ГОСТ Р 51992-2002 (МЭК 61643- 1-98): "Устройство защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) – это устройство, которое предназначено для ограничения переходных перенапряжений и для отвода импульсов тока. Это устройство содержит, по крайней мере, один нелинейный элемент". В качестве элементной базы для создания УЗИП используют разрядники различных типов и оксидно -цинковые варисторы.

Устройства защиты от импульсных перенапряжений на базе варисторов обеспечивают качественную защиту при их применении в 1-й ступени при амплитудах Iimp=20 кА (10/350 мкс), что в большинстве случаев достаточно даже для воздушного ввода питающей линии в объект. Для защитных устройств, устойчивых к более высоким амплитудам грозовых токов, рекомендуется применять разрядники искрового типа, которые могут иметь

250

значение Iimp=50–100 кА (10/350 мкс).

Существующая взаимосвязь между зонами молниезащиты, классами защиты устройств и категориями стойкости изоляции оборудования к импульсным перенапряжениям (таблица 1.35) показана на рисунок 1.101.

Таблица 1.35 – Номинальное импульсное выдерживаемое напряжение электрооборудования (ГОСТ Р 50571.19-2000 (МЭК 60364-4-443-95))

УЗИП класса I устанавливаются на вводе в здание (во вводном щите, ГРЩ или в специальном боксе) после вводного автомата (на границе зоны 0 и зоны

1). УЗИП класса II располагают во вторичных распределительных щитах (например, в щитах выпрямителей, этажных и других щитах). Желательно устанавливать их до групповых автоматов. Устройства этого класса могут быть размещены на границе зон 1 и 2, возможно их размещение в зоне 1 вместе с устройствами класса I. УЗИП класса III могут устанавливаться в распределительных щитах или непосредственно у потребителя (защитная зона 3). Если от места установки УЗИП до потребителя расстояние более 10–15 м, желательно установить дополнительное устройство III класса в непосредственной близости от защищаемого оборудования, чтобы гарантировано устранить возможные наводки на указанных длинах кабеля.

Одним из основных параметров УЗИП является уровень защиты (Uр) – максимальное значение падения напряжения на защитном устройстве при протекании через него импульсного тока разряда. Параметр характеризует способность устройства ограничивать появляющиеся на его клеммах перенапряжения и обычно определяется при протекании номинального импульсного разрядного тока. Из рисунка 1.101 видно, что каждая ступень защиты обеспечивает выполнение требований по импульсной стойкости